Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Газоразрядные счетчики принцип действия

Приложение 4. Счетчики Гейгера

Приложение 4

Счетчики Гейгера

Счетчики Гейгера-Мюллера — самые распространенные детекторы (датчики) ионизирующего излучения. До сих пор им, изобретенным в самом начале нашего века для нужд зарождающейся ядерной физики, нет, как это ни странно, скольконибудь полноценной замены.

В своей основе счетчик Гейгера очень прост. В хорошо вакуумированный герметичный баллон с двумя электродами введена газовая смесь, состоящая в основном из легко ионизируемых неона и аргона. Баллон может быть стеклянным, металлическим и др. Обычно счетчи- ки воспринимают излучение всей своей поверхностью, но существуют

Рис. П4.1. Включение счетчика Гейгера

и такие, у которых для этого в баллоне предусмотрено специальное «окно». К электродам прикладывают высокое напряжение U^ (рис. П4.1), которое само по себе не вызывает каких-либо разрядных явлений. В этом состоянии счетчик будет пребывать до тех пор, пока в его газовой среде не возникнет центр ионизации — след из ионов и электронов, порождаемый пришедшей извне ионизирующей частицей. Первичные электроны, ускоряясь в электрическом поле, ионизируют «по дороге» другие молекулы газовой среды, порождая все новые и новые электроны и ионы. Развиваясь лавинообразно, этот процесс завершается образованием в межэлектродном пространстве электронноионного облака, резко увеличивающего его проводимость. В газовой среде счетчика возникает разряд, видимый (если баллон прозрачный) даже простым глазом.

Обратный процесс — возвращение газовой среды в ее исходное состояние в так называемых галогеновых счетчиках — происходит само собой. В действие вступают галогены (обычно хлор или бром), в небольшом количестве содержащиеся в газовой среде, которые способствуют интенсивной рекомбинации зарядов. Но этот процесс идет значительно медленнее. Отрезок времени, необходимый для восстановления радиационной чувствительности счетчика Гейгера и фактически определяющий его быстродействие — «мертвое» время — является важной его паспортной характеристикой.

Такие счетчики называют галогеновыми самогасящимися. Отличаясь самым низким напряжением питания, превосходными параметрами выходного сигнала и достаточно высоким быстродействием, они оказались особенно удобными для применения в качестве датчиков ионизирующего излучения в бытовых приборах радиационного контроля.

Счетчики Гейгера способны реагировать на самые разные виды ионизирующего излучения — a, b, g, ультрафиолетовое, рентгеновское, нейтронное. Но реальная спектральная чувствительность счетчика в значительной мере зависит от его конструкции. Так, входное окно счетчика, чувствительного к a- и мягкому b-излучению, должно быть очень тонким; для этого обычно используют слюду толщиной 3. 10 мкм. Баллон счетчика, реагирующего на жесткое b- и g-излучение, имеет обычно форму цилиндра с толщиной стенки

Рис. П4.2. Зависимость скорости счета or напряжения питания в счетчике Гейгера

0,05. 0,06 мм (он служит и като- дом счетчика). Окно рентгеновского счетчика изготавливают из бериллия, а ультрафиолетового — из кварцевого стекла.

В счетчик нейтронов вводят бор, при взаимодействии с которым поток нейтронов преобразуется в легко регистрируемые a- частицы. Фотонное излучение — ультрафиолетовое, рентгеновское, g-излучение — счетчики Гейгера воспринимают опосредованно — через фотоэффект, комптон-эффект, эффект рождения пар; в каждом случае происходит преобразование взаимодействующего с веществом катода излучения в поток электронов.

Каждая фиксируемая счетчиком частица вызывает появление в его выходной цепи короткого импульса. Число импульсов, возникающих в единицу времени, — скорость счета счетчика Гейгера — зависит от уровня ионизирующей радиации и напряжения на его электродах. Типичный график зависимости скорости счета от напряжения питания Uпит показан на рис. П4.2. Здесь Uнс — напряжение начала счета; Uнг и Uвг — нижняя и верхняя граница рабочего участка, так называемого плато, на котором скорость счета почти не зависит от напряжения питания счетчика. Рабочее напряжение Uр обычно выбирают в середине этого участка. Ему соответствует Nр — скорость счета в этом режиме.

Зависимость скорости счета от уровня радиационного облучения счетчика — важнейшая его характеристика. График этой зависимости имеет почти линейный характер и поэтому нередко радиационную чувствительность счетчика выражают через имп/мкР (импульсов на микрорентген; эта размерность следует из отношения скорости счета — имп/с — к уровню радиации — мкР/с).

В тех случаях, когда она не указана (нередких, к сожалению), судить о радиационной чувствительности счетчика приходится по другому его тоже очень важному параметру — собственному фону. Так называют скорость счета, причиной которой являются две составляющие: внешняя — естественный радиационный фон, и внутренняя — излучение радионуклидов, оказавшихся в самой конструкции счетчика, а также спонтанная электронная эмиссия его катода. («фон» в дозиметрии имеет почти тот же смысл, что и «шум»

Читайте так же:
Как выглядят газовые счетчики для квартиры

Рис. П4.3. Зависимость скорости счета от энергии гамма-квантов («ход с жесткостью») в счетчике Гейгера

в радиоэлектронике; в обоих случаях речь идет о принципиально неустранимых воздействиях на аппаратуру.)

Еще одной важной характеристикой счетчика Гейгера является зависимость его радиационной чувствительности от энергии («жесткости») ионизирующих частиц. На профессиональном жаргоне график этой зависимости называют «ходом с жесткостью». В какой мере эта зависимость важна, показывает график на рис. П4.3. «Ход с жесткостью» будет влиять, очевидно, на точность проводимых измерений.

Не обсуждая вопрос о том, нужна ли высокая точность измерений бытовому радиометру, заметим, что подобные приборы промышленного изготовления отличаются от любительских только лишь коррекцией счетчика по жесткости. Для этого на счетчик надевают «рубашку» — пассивный фильтр, имеющий приблизительно обратную по отношению к счетчику жесткостную характеристику.

То, что счетчик Гейгера является лавинным прибором, имеет и свои минусы — по реакции такого прибора нельзя судить о перво- причине его возбуждения. Выходные импульсы, генерируемые счетчиком Гейгера под действием a-частиц, электронов, g-квантов

Газоразрядные и сцинтилляционные счетчики: устройство, принцип действия, применяемые типы, характеристики

Аппаратурадля различных радиоактивных методов исследования (кроме ЯММ) имеет много общего. Её основная функция— измерение интенсивности нейтронов или гамма-квантов, и потому она содержит электронные схемы для различных методов исследования, базирующиеся в общем на одних и тех же принципах.

Главные отличия аппаратуры для различных методов связаны с конструкцией зондов, источника, фильтров и детекторов излучения. Учитывая общую функцию всех типов радиометрической аппаратуры — измерение интенсивности излучения, эту аппаратуру принято называть скважинными радиометрами. Конструктивно все радиометры состоят из скважинного прибора и наземного пульта, соединенных геофизическим кабелем. Упрощенная блок-схема измерительной части радиометрической аппаратуры показана на рисунке 54. Последовательно рассмотрим назначение и устройство отдельных блоков:

Детекторы излучения— важнейшие элементы радиометров. В качестве детекторов излучения в, скважинной аппаратуре применяют газоразрядные или сцинтилляционныесчетчики. Газоразрядные счетчикиконструктивно представляют собой цилиндрический баллон, по оси которого натянута металлическая нить, служащая анодом (рис. 55). Металлическая боковая поверхность баллона служит катодом. Между катодом и анодом подается постоянное напряжение, равное для разных типов счетчиков от 300 — 400 В до 2 — З кВ.

Счетчики для регистрации гамма-квантов заполняются смесью инертного газа с парами высокомолекулярных органических соединений или с галогенами. При взаимодействии гамма-излучения с катодом из него выбивается электрон. Электрон, попадающий в заполненный газом объем счетчика, осуществляет ионизацию газа, т. е., в свою очередь, вырывает электроны из атомов газа, превращая их в положительно заряженные ионы.

Эти электроны, называемые первичными, ускоренные электрическим полем, по пути к аноду вызывают вторичную ионизацию и т. д. В результате число электронов лавинообразно возрастает, превышая число первичных электронов в тысячи и сотни тысяч раз — в счетчике возникает разряд. При относительно небольшом напряжении общее число электронов пропорционально числу первичных электронов, а следовательно, энергии ядерной частицы, регистрируемой счетчиком – такие счётчики называются пропорциональными. При большом напряжении между анодом и катодом общее число электронов перестает зависеть от числа первичных электронов и от энергии регистрируемой частицы — такие называют счетчиками Гейгера-Мюллера.

Для регистрации гамма-квантовв скважинных радиометрах применяют счетчики Гейгера. Их преимущество — больший, чем у пропорциональных счетчиков, выходной сигнал (до нескольких вольт), что упрощает усиление и передачу сигналов на поверхность.

Нейтроны не ионизируют газв счетчике. Поэтому счетчики, предназначенные для регистрации нейтронов, заполняют газом, в молекулу которого входит вещество, при взаимодействии нейтронов с которым возникают быстрые заряженные частицы, производящие ионизацию. Таким веществом является газ фтористый бор BF3 или один из изотопов гелия 3 Не. При поглощении медленных нейтронов ядром изотопа 10 В образуется альфа-частица. Поэтому при попадании тепловых и надтепловых нейтронов в счетчик, заполненный соединением бора, возникают альфа-частицы, вызывающие разряд в газовом объеме счетчика и импульс напряжения на его выходе. При захвате нейтронов ядром 3 Не возникает быстрый протон.

Счетчики нейтроновработают в пропорциональном режиме, что позволяет исключить импульсы от гамма-квантов, которые имеют гораздо меньшую величину, чем импульсы от альфа-частиц, или протонов.

Сцинтилляционный счетчик состоит из сцинтиллятора, сопряженного с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). При падении гамма-кванта в сцинтиллятор происходит возбуждение атомов последнего. Возбужденные атомы испускают ЭМ-излучение, часть которого лежит в световой области. Кванты света от сцинтиллятора попадают на фотокатод ФЭУ и выбивают из него электроны.

Читайте так же:
Роторные газовые счетчики завода арсенал

Фотоэлектронный умножитель кроме фотокатода содержит анод и систему электродов (динодов), размещенную между анодом и катодом (рисунок – Схема сцинтилляционного счётчика: 1 – сцинтиллятор, 2 – корпус, 3 – отражатель, 4 – фотон, 5 – корпус ФЭУ, 6 – фотокатод, 7 – фокусирующий электрод, 8 – диноды, 9 – собирающий электрод (анод), R1-RN – делитель напряжения). На диноды подается положительное (относительно катода) напряжение от делителя напряжения Rl-RN, при этом чем дальше анод от катода, тем его потенциал выше. В результате электроны, испускаемые фотокатодом при попадании на него света, ускоряются, бомбардируют первый из динодов и выбивают из него вторичные электроны. В дальнейшем эти электроны ускоряются под действием разности потенциалов, приложенной между первым и вторым динодами, бомбардируют второй динод и выбивают из него «третичные» электроны. Так происходит на каждом из динодов, вследствие чего общее количество электронов возрастает в геометрической прогрессии. Общее усиление потока в ФЭУ может достигать 106 раз и более. Таким образом, при попадании вспышки света на фотокатод на входе ФЭУ образуется импульс напряжения, через емкость С подаваемый на вход усилителя.

В качестве сцинтилляторов для регистрации гамма-квантов в скважиной аппаратуре используют кристаллы йодистого натрия. Для регистрации нейтронов применяют смесь сцинтиллятора (сернистого цинка) с одним из соединений бора.

Сцинтилляционный счетчик гамма-квантов имеет ряд преимуществ перед разрядным: обладает высокой эффективностью, т. е. регистрирует больше гамма-квантов, проходящих через счетчик (до 20 — 30% и более для сцинтилляционного и менее 1 — 2% для разрядных счетчиков). Сцинтилляционные счетчики также позволяют определять энергию регистрируемых гамма-квантов. Последнее обусловлено тем, что интенсивность световой вспышки люминофора пропорциональна энергии кванта. Преимущество счетчиков Гейгера-Мюллера — большая теплостойкость, надежность в работе, менее жесткие требования к стабильности питающего напряжения.

Газоразрядные счетчики принцип действия

© Куцева Н. В. │ Сайт «Элементарные частицы» разработан в рамках ВКР магистра
по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование» профиля «Физическое образование».
ВГПУ – 2018 г.

Пропорциональный счётчик представляет собой газоразрядный прибор для регистрации ионизирующего излучения. По своей конструкции он во многом похож на счётчик Гейгера (см. рисунок ниже). Основными его частями являются: металлический цилиндр, играющий роль катода; тонкая металлическая нить ( ), натянутая вдоль оси цилиндра – анод. Пропорциональный счётчик заполняется инертным газам с добавлением небольшого количества многоатомн ого газ а , необходимого для поглощения фотонов, образующиеся в ионизационных лавинах. Однако за счёт того что, амплитуда его сигнала пропорциональна энергии регистрируемой частицы, теряемой в его объёме на ионизацию, он способен не только регистрировать частицу, но и измерять её энергию.

Принцип действия пропорционального счётчика основан на умножении электронов в инертном газе. Так при прохождении заряженной частицы через инертный газ на её пути образуются ион-электронные пары, число которых зависит от энергии, теряемой частицей. Под действием электрического поля свободные электроны будут двигаться к аноду, а ионы – к катоду. Под действием сильного электрического поля вблизи анода эти свободные электроны в результате ускорения приобретают достаточно большую энергию для вторичной ионизации газа. В результате на анод приходит лавина электронов, но в отличие от счётчика Гейгера в данном случае коронного разряда не возникает. Ток через счётчик резко возрастает. По возникшему импульс у напряжения отмечается факт прохождения заряженной частицы через газоразрядный счётчик , а по его амплитуде энергию частицы.

Схема пропорционального счётчика: аобласть дрейфа электронов; бобласть газового усиления

Газовое усиление осуществляется вблизи анода на расстоянии, сравнимом с диаметром нити, а весь остальной путь электроны дрейфуют под действием поля без «размножения».

В пропорциональном счетчике лавинообразный процесс заканчивается, как только новый свободный электрон достигает анода. Поскольку в таком детекторе электрон должен достичь уровня ионизации газа, существует пороговое напряжение, после которого начинается этот лавинообразный процесс. Для газов, используемых в пропорциональных счетчиках при атмосферном давлении этот пороговый уровень составляет порядка .

Пропорциональные счётчики характеризуется коэффициентом газового усиления, которое представляет собой отношение числа электронов, полностью собранных на аноде к числу первичных электронов. Обычно оно составляет около порядка ( но может достигать и больше). По энергетическому разрешению пропорциональный счётчик превосходит сцинтилляционный счётчик , но уступает полупроводниковому детектору. Однако в отличии от полупроводникового детектора он способен работать в области энергий , где те неприменимы.

Читайте так же:
Как часто меняются газовые счетчики

Пропорциональный счётчик используются для регистрации всех видов ионизирующих излучений. Существуют п ропорциональны е счётчик и для регистрации α -частиц, электронов, осколков деления ядер и т.д., а также для нейтронов, гамма и рентгеновских квантов. В последнем случае используются процессы взаимодействия нейтронов, γ — и рентгеновских квантов с наполняющим счётчик газом, в результате которых образуются регистрируемые вторичные заряженные частицы. Пропорциональный счётчик сыграл важную роль в ядерной физике 30–40 -х г одах XX в ека , являясь наряду с ионизационной камерой практически единственным спектрометрическим детектором .

По мимо ядерной физики, областями применения пропорциональных счётчиков также являются: физика космических лучей, астрофизика, медицина, геология, археология и т. д. Так, например, с помощью пропорционального счётчика установленного на «Луноходе-1» по рентгеновской флюоресценции производился химический элементный анализ вещества поверхности Луны.

Второе рождение пропорциональный счётчик получил в физике частиц высоких энергий в конце 60-х г одах в виде многопроволочной пропорциональной камеры ( МПК) , состоящей , грубо говоря, из большого числа ( ) пропорциональн ых счётчик ов , расположенных в одном газовом объёме в одной плоскости .

МПК был и разработан ы французским физиком Г. Чарпаком в ЦЕРНе в 1968 г оду. МПК представляет собой систему , состоящую из множества тонких ( около ) параллельных проволочных электродов (анодов) , расположенных в одной плоскости в газовом объёме между двумя плоскими параллельными друг другу и аноду катодами (сплошными или проволочными).

В типичном случае расстояние между анодными нитями составляет примерно , расстояние между анодной и катодной плоскостями около , разность потенциалов между анодом и катодом несколько кВ . Такие параметры МПК обеспечивают газовое усиление порядка и пропорциональность амплитуды сигнала энергии, оставленной частицей в объёме газа. Поэтому такое устройство позволяет не только измерять ионизацию частицы в каждом отдельном счётчике, но и фиксировать место её прохождения.

Схема МПК

Прохождение заряженной частицы через МПК ионизирует газ. Образовавшиеся вдоль её траектории свободные электроны дают начало лавинам, приходящим на анодные проволочки ближайшие к этим первичным электронам . Регистрация сигнала с каждой проволоки компьютером позволяет определить положение (координаты) частицы в МПК. Для получения трёхмерных координат частицы в большом объёме, используются системы из десятков МПК площадью до , располагающихся параллельно одна за другой, с общим числом проволочек несколько десятков тысяч, причём проволочки двух соседних МПК натянуты взаимно перпендикулярно. Типичное пространственное разрешение современной МПК . Временное разрешение несколько наносекунд. Энергетическое разрешение пропорциональной камеры составляет примерно . Таким образом , о на является одновременно быстродействующим спектрометром и трековым детектором . МПК применяют , главным образом , в исследованиях элементарных частиц на ускорителях высоких энергий.

За изобретение МПК Г. Чарпак у в 1992 году была присуждена Нобелевская премия.

ПРИЕМНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Назначение приемников излучения состоит в преобразовании энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию. Прием­ники излучения основаны или на явлении ионизации газов при про­хождении через них излучения или на люминесценции некоторых веществ под действием излучения. В качестве приемников исполь­зуются:

· ионизационные камеры и пропорциональные счетчики (яв­ление ионизации);

· газоразрядные счетчики (явление ионизации);

· сцинтилляционные счетчики (явление люминесценции).

Ионизационные камеры. В ионизационной камере, заполненной газом, находятся два хорошо изолированных электрода, к которым подводится напряжение. Под дейст­вием излучения газ ионизируется и начинает проводить ток.

Зависимость ионизационного тока I от приложенного к электродам на­пряжения U при постоянном составе и плотности газа выражается кри­выми, изображенными на рис. 6-2 для разной степени ионизации. На участке I ионизационный ток линейно зависит от напряжения, на участке II ток достигает насыщения и опреде­ляется числом возникающих под воздействием ионизации пар «ион—электрон». При дальнейшем повышении напряжения ток уве­личивается (участок III), так как, кроме ионизации под действием ионизатора, появляется вторичный процесс ионизации вследствие ударов быстро несущихся электронов и ионов о нейтральные молекулы. С некоторого напряжения U3 начинается самостоятель­ный разряд (участок IV). В этом режиме импульс тока на выходе ионизационной камеры не зависит от величины начальной иони­зации.

Ионизационные камеры работают в режиме насыщения (участок II), в пропорциональных счетчиках используется газовое усиление (участок III), а газоразрядные счетчики (счетчики Гейгера) работают в режиме самостоятельного газового разряда (участок IV), который необходимо гасить тотчас после его возникновения, чтобы подгото­вить счетчик к приему следующей частицы. Таким образом, выход­ной ток ионизационных камер и пропорциональных счетчиков зависит от мощности излучения, т. е. от частоты попадания частиц и энергии каждой частицы, в то время как выходной сигнал газо­разрядного счетчика определяется только частотой попадания частиц в счетчик и не зависит от их энергии.

Читайте так же:
Как отправлять показания газового счетчика по смс

Приёмники ионизирующих излучений используются при двух режимах работы: в режиме, при котором усиливаются отдельные импульсы, и в режиме интегрирования, при котором усиливается и измеряется средний выходной ток.

Конструкция ионизационной камеры для α-излучения показана на рис. 6-3, а. Электрод 1, к которому присоединен усилитель, на­зывается собирающим или сеточным.

Электрод 2, на который подается постоянное напряжение U от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт, называется высоко­вольтным электродом. Так как ионизационные токи весьма малы (10 -9 — 10 -12 А), а токи утечки должны быть по крайней мере на 2—3 порядка меньше, то сопротивление изоляции между электродами должно быть порядка 10 14 —10 19 Ом. Чтобы уменьшить токи утечки, сеточный электрод окружается через изоляцию третьим, так назы­ваемым охранным, электродом (кольцом) 3, на который подается

постоянный потенциал, примерно равный потенциалу сеточного электрода. Обычно этот электрод соединяется с заземленной точкой измерительной цепи. Эквивалентная схема включения электродов и изоляторов показана на рис. 6-3, б. Как видно из схемы, наиболее ответственным является изолятор между охранным и сеточным электродами Rиз1-3.

Сеточный электрод внутри камеры должен иметь диаметр, несколько больший диаметра его изоляции, чтобы экранировать изоляцию от воздействия излучения, ухудшающего ее свойства. Кроме того, сеточный электрод не должен примыкать непосредственно к поверхности изоляции, так как в этом случае уменьшается ее поверхностное сопротивление.

Однородность поля между рабочими электродами можно обеспе­чить, используя в качестве электростатического экрана охранный, электрод, выдвинутый на один уровень с сеточным электродом.

Расстояние между электродами выбирается не слишком большим, чтобы при относительно небольших напряжениях можно было обеспечить напряженность поля, соответствующую насыщению. В то же время для увеличения чувствительности камеры необходимо, чтобы ее рабочий объем был достаточно велик и радиоактивные частицы теряли возможно большую долю своей энергии в камере. Эти условия относительно легко согласуются в ка­мерах для α-излучения, так как длина свободного пробега α-частицы в воздухе при нормальных условиях и энергии частицы 3 МэВ составляет всего 17 мм, в камерах для β-излучений приходится ис­кать компромиссное решение, так как длины свободных пробегов β-частиц достигают в тех же условиях 104 мм. Форма электродов должна быть такой, чтобы поле между ними было однородным и не оставалось областей с относительно слабой напряженностью, дале­кой от насыщения. Электроды камеры не должны вибрировать в процессе работы, так как это приводит к микрофонному эффекту. При α-излучении источник помещается обычно внутри камеры или при размещении источника снаружи в месте его установки делается окно. Для того чтобы защитить камеру от проникающих снаружи β- и γ-излучений, она окружается толстым свинцовым экраном.

Камеры для β-излучения имеют значительно больший объем (1—2 л), чем камеры для α-излучения. Источ­ник излучения располагается обычно снаружи камеры против тонкого окна, выполненного, например, из алюми­ния толщиной 5—10 мкм.

На рис. 6-4 схематически пока­зана конструкция многоэлектродной камеры для β-излучения.

Цилиндри­ческие электроды 5 и 6 присоединены к выводу 1, электроды 3 и 4 — к вы­воду 2. Расстояние между электро­дами относительно невелико, что по­зволяет использовать невысокое напряжение между ними, в то же время объем камеры и площадь окна достаточно большие. Камера наполнена воздухом давлением около 1,3*10 5 Па, окно выполнено в виде алюминиевой мембраны толщиной 0,075 мм и диаметром 100 мм.

Камеры для γ-излучений значительно отличаются от камер для α- и β-излучений. Устройство ионизационных камер для γ-излучений определяется как большой проникающей способностью этих лучей, так и самим механизмом взаимодействия лучей с веществом. Основная роль в процессе ионизации в камере для γ-излучения при­надлежит вторичным электронам, образующимся в стенках камеры. Для того чтобы повысить эффективность взаимодействия γ-квантов, давление газа в камере делают высоким (до 20 • 10 5 Па), поэтому необ­ходимы хорошие герметизирующие уплотнения. В качестве примера на рис. 6-5 показано устройство наперстковой γ-ионизационной камеры.

Эквивалентная схема измерительной цепи ионизационной каме­ры, на выход которой включен усилитель, показана на рис. 6-5.

В этой схеме С — суммарная емкость камеры и входной емкости усилителя, R — входное сопротивление усилителя, шунтированное сопротивлением изоляции между сеточным и охранным электродами, d — промежуток между электродами, в котором в результате акта ионизации высвобождается заряд.

Читайте так же:
Прибор для остановки газового счетчик

Газоразрядные счетчики. В счетной трубке ионизационный ток усиливается за счет самостоятельного газового разряда, благодаря чему чувствительность преобразователя, работающего как спуско­вое устройство, резко увеличивается, это дает возможность регистри­ровать каждую пару ионов, образованную в трубке.

Счетная трубка (рис. 6-7) выполняется в виде герметизирован­ного металлического либо стеклянного цилиндра 1, покрытого из­нутри слоем металла, проводящего ток, и заполненного аргоном, азотом или другим газом. Внутри цилиндра, вдоль его оси, на­тянута металлическая нить 2, изолированная от цилиндра; ме­жду нитью и цилиндром прикла­дывается напряжение. Обычно цилиндр является катодом, а нить — анодом. Амплитуда им­пульсов на выходе счетчика не зависит от энергии ионизирую­щей частицы и достигает 1— 10 В. Однако счетчик с само­стоятельным разрядом может регистрировать отдельные акты ионизации только в том случае, если возникающий самостоятельный разряд будет гаситься до воз­никновения следующего акта ионизации. В зависимости от метода гашения разряда различаются счетчики с электронной схемой гаше­ния и самогасящиеся счетчики.

Примером гасящей цепи является цепь, изображенная на рис. 6-7. Высокое напряжение подается на нить счетчика через высокоомное сопротивление, одновременно служащее нагрузкой в анодной цепи лампы. Катод счетчика соединен с управляющей сеткой лампы. При отсутствии импульса в счетчике на сетку подается отрицательный потенциал, запирающий лампу. При возникновении импульса лампа открывается, напряжение на аноде счетчика и лампы падает. При уменьшении напряжения на счетчике прекра­щается возникший в нем разряд. После восстановления напряжения счетчик регистрирует следующий импульс. Счетчики с электронными методами гашения могут регистрировать импульсы, частота которых достигает 104 кГц.

В самогасящихся счетчиках для гашения заряда в газ, заполняю­щий счетчик, вводятся специальные примеси с многоатомными моле­кулами. После сбора на центральном аноде быстрых электронов эти примеси нейтрализуют положительно заряженные ионы при их движении к катоду и не дают развиться разряду. Время запаздыва­ния импульса на выходе счетчика (после образования ионной пары) обусловливается временем движения электрона и составляет доли микросекунды, время нарастания импульса — несколько микро­секунд, а время затухания и восстановления работоспособности счетчика составляет несколько сотен микросекунд.

Недостатком счетчиков с многоатомными наполнителями явля­ется их ограниченный срок службы (10 8 — 10 10 импульсов).

Особенно широкое распространение получили так называемые галогенные счетчики, заполняемые инертными газами (аргон, неон) и небольшой примесью галогенов (хлор, бром). Отличительные осо­бенности этих счетчиков — большой срок службы и относительно низкое рабочее напряжение.

Основной рабочей характеристикой счетчиков является их счет­ная характеристика, выражающая зависимость частоты импульсов f на выходе счетчика при постоянной интенсивности облучения от напряжения U, приложенного к счетчику. Рабочий участок харак­теристики счетчика, на котором частота импульсов мало зависит от напряжения, называется «плато». Чем больше плато и чем меньше его наклон, тем лучше счетчик. Галогенные счетчики имеют протя­женность плато от 60 до 100 В при наклоне не более 0,125% на 1В.

Измерительные цепи счетчиков работают в двух режимах:

· в режиме среднего тока, при котором импульсы поступают на интегрирующую цепочку и измеряется средний ток счетчика, пропорциональный скорости счета;

· в счетном режиме, при котором импульсы усиливаются, фор­мируются и поступают на счетное устройство.

Сцинтилляционные счетчики. Принцип действия счетчиков осно­ван на возникновении в некоторых веществах под действием иони­зирующего излучения слабых световых вспышек — сцинтилляций. Световой поток подается на светочувствительный фотокатод и выби­вает из него электроны, образующие фототок.

Комбинация сцинтиллятора, фотокатода и фотоэлектронного умножителя в общем светонепроницаемом корпусе и называется сцинтилляционным счет­чиком. Сцинтиллятор, являясь твердым телом, оказывает сильное тормозное воздействие на ионизирующие частицы, и поэтому эф­фективность сцинтилляционных счетчиков даже при относительно малых толщинах сцинтиллятора достигает десятков процентов.

Затухание флуоресценции происходит очень быстро, и «мертвое время» счетчиков с некоторыми сцинтилляторами лежит в диапазоне 10 -9 —10 -7 с.

Для регистрации α-частиц в сцинтилляционных счетчиках в качестве сцинтиллятора часто применяется сернистый цинк, акти­вированный серебром или медью. Световое излучение этого соедине­ния лежит в сине-зеленой части спектра, эффективность его при α-излучении составляет 28%.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector